المعالجة الحرارية للصلب هي أقوى آلية للتأثير على هيكله وخصائصه. يعتمد على تعديلات المشابك البلورية اعتمادًا على لعبة درجات الحرارة. قد يوجد الفريت ، والبرليت ، والأسمنتيت ، والأوستينيت في سبيكة من الحديد والكربون في ظل ظروف مختلفة. يلعب الأخير دورًا رئيسيًا في جميع التحولات الحرارية في الفولاذ.
التعريف
الصلب عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون ، يصل محتوى الكربون فيها إلى 2.14٪ نظريًا ، ولكنه قابل للتطبيق تقنيًا يحتوي عليه بنسبة لا تزيد عن 1.3٪. وفقًا لذلك ، فإن جميع الهياكل التي تشكلت فيه تحت تأثير التأثيرات الخارجية هي أيضًا أنواع مختلفة من السبائك.
تقدم النظرية وجودها في 4 أشكال مختلفة: محلول صلب اختراق ، محلول استبعاد صلب ، خليط ميكانيكي من الحبوب أو مركب كيميائي.
الأوستينيت هو محلول صلب لاختراق ذرة الكربون في الشبكة البلورية المكعبة المتمركزة على الوجه من الحديد ، والتي يشار إليها باسم γ. يتم إدخال ذرة الكربون في تجويف γ- شعرية الحديد. تتجاوز أبعادها المسام المقابلة بين ذرات الحديد ، مما يفسر مرورها المحدود عبر "جدران" الهيكل الرئيسي. تشكلت في عملياتتحويلات درجة حرارة الفريت والبيرلايت مع زيادة الحرارة فوق 727 درجة مئوية.
مخطط سبائك الحديد والكربون
الرسم البياني المسمى مخطط حالة الحديد والسمنتيت ، والذي تم بناؤه تجريبيًا ، هو عرض واضح لجميع الخيارات الممكنة للتحولات في الفولاذ والمكاوي المصبوبة. تشكل قيم درجة الحرارة المحددة لكمية معينة من الكربون في السبيكة نقاطًا حرجة تحدث فيها تغييرات هيكلية مهمة أثناء عمليات التسخين أو التبريد ، كما أنها تشكل خطوطًا حرجة.
يمثل خط GSE ، الذي يحتوي على النقاط Ac3و Acm، مستوى قابلية ذوبان الكربون مع زيادة مستويات الحرارة.
| جدول قابلية ذوبان الكربون في الأوستينيت مقابل درجة الحرارة | |||||
| درجة الحرارة ، ˚C | 900 | 850 | 727 | 900 | 1147 |
| الذوبان التقريبي لـ C في الأوستينيت ،٪ | 0، 2 | 0، 5 | 0، 8 | 1، 3 | 2، 14 |
ميزات التعليم
الأوستينيت هو هيكل يتشكل عند تسخين الفولاذ. عند الوصول إلى درجة الحرارة الحرجة ، يشكل البرليت والفريت مادة متكاملة.
خيارات التدفئة:
- منتظم ، حتى الوصول إلى القيمة المطلوبة ، تعرض قصير ،تبريد. اعتمادًا على خصائص السبيكة ، يمكن تشكيل الأوستينيت بالكامل أو تشكيله جزئيًا.
- زيادة بطيئة في درجة الحرارة ، فترة طويلة من الحفاظ على مستوى الحرارة الذي تم الوصول إليه من أجل الحصول على الأوستينيت النقي.
خواص المادة الناتجة عن التسخين بالإضافة إلى تلك التي ستحدث نتيجة التبريد. يعتمد الكثير على مستوى الحرارة المحقق. من المهم منع ارتفاع درجة الحرارة أو ارتفاع درجة الحرارة.
البنية الدقيقة والخصائص
كل مرحلة من مراحل سبائك الحديد والكربون لها هيكلها الخاص من المشابك والحبوب. هيكل الأوستينيت صفيحي ، له أشكال قريبة من كل من الأكيكلار والقشاري. مع الذوبان الكامل للكربون في الحديد ، يكون للحبوب شكل فاتح بدون وجود شوائب سمنتيت داكنة.
صلابة 170-220 هكتار. الموصلية الحرارية والكهربائية هي ترتيب من حيث الحجم أقل من تلك الموجودة في الفريت. لا خصائص مغناطيسية.
متغيرات التبريد وسرعته تؤدي إلى تكوين تعديلات مختلفة للحالة "الباردة": مارتينسيت ، باينيت ، تروستيت ، سوربيت ، بيرلايت. لديهم بنية حلقية مماثلة ، لكنها تختلف في تشتت الجسيمات وحجم الحبوب وجزيئات السمنتيت.
تأثير التبريد على الأوستينيت
يحدث تحلل الأوستينيت في نفس النقاط الحرجة. فعاليته تعتمد على العوامل التالية:
- معدل التبريد. يؤثر على طبيعة شوائب الكربون ، وتكوين الحبوب ، وتشكيل النهائيالمجهرية وخصائصها. يعتمد على الوسيط المستخدم كمبرد.
- وجود مكون متساوي الحرارة في إحدى مراحل التحلل - عند خفضه إلى مستوى درجة حرارة معينة ، يتم الاحتفاظ بالحرارة المستقرة لفترة زمنية معينة ، وبعد ذلك يستمر التبريد السريع ، أو يحدث مع جهاز تسخين (فرن)
وهكذا ، يتميز التحول المستمر والمتساوي للأوستينيت.
ملامح طابع التحولات. مخطط
رسم بياني على شكل C ، يعرض طبيعة التغيرات في البنية المجهرية للمعدن في الفاصل الزمني ، اعتمادًا على درجة تغير درجة الحرارة - هذا هو مخطط تحويل الأوستينيت. التبريد الحقيقي مستمر. فقط بعض مراحل الاحتفاظ بالحرارة القسري ممكنة. يصف الرسم البياني الظروف متساوي الحرارة.
يمكن أن يكون الحرف منتشرًا وغير منتشر.
بمعدلات خفض الحرارة القياسية ، تتغير حبيبات الأوستينيت بالانتشار. في منطقة عدم الاستقرار الديناميكي الحراري ، تبدأ الذرات في التحرك فيما بينها. تلك التي ليس لديها الوقت لاختراق شعرية الحديد تشكل شوائب سمنتيت. تنضم إليهم جزيئات الكربون المجاورة المنبعثة من بلوراتهم. يتكون الإسمنتيت عند حدود الحبوب المتحللة. بلورات الفريت المنقى تشكل الألواح المقابلة. تتشكل بنية مشتتة - خليط من الحبوب ، يعتمد حجمها وتركيزها على سرعة التبريد والمحتوىسبائك الكربون. يتكون البيرلايت ومراحله الوسيطة أيضًا: سوربيت ، تروستيت ، باينيت.
مع معدلات انخفاض كبيرة في درجة الحرارة ، لا يحتوي تحلل الأوستينيت على خاصية الانتشار. تحدث تشوهات معقدة في البلورات ، حيث يتم إزاحة جميع الذرات في نفس الوقت في المستوى دون تغيير موقعها. يساهم عدم الانتشار في تنوي مارتينسيت.
تأثير التصلب على خصائص تحلل الأوستينيت. مارتينسيت
التصلب هو نوع من المعالجة الحرارية ، وجوهره هو التسخين السريع لدرجات حرارة عالية فوق النقاط الحرجة Ac3و Acm، متبوعًا بالتبريد السريع. إذا تم تخفيض درجة الحرارة بمساعدة الماء بمعدل أكثر من 200 درجة مئوية في الثانية ، يتم تشكيل مرحلة حلقية صلبة تسمى مارتينسيت.
هو محلول صلب مفرط التشبع لاختراق الكربون في الحديد بشبكة بلورية من النوع α. بسبب عمليات الإزاحة القوية للذرات ، يتم تشويهها وتشكيل شبكة رباعي الزوايا ، والتي تسبب تصلبًا. الهيكل المشكل له حجم أكبر. نتيجة لذلك ، يتم ضغط البلورات التي يحدها المستوى ، وتولد ألواح تشبه الإبرة.
Martensite قوي وصعب للغاية (700-750 HB). تشكل حصرياً نتيجة التبريد عالي السرعة.
تصلب. هياكل الانتشار
الأوستينيت هو تشكيل يمكن من خلاله إنتاج البينيت ، التروستيت ، السوربيت والبيرلايت صناعياً. إذا حدث تبريد تصلب فيبسرعات منخفضة ، يتم إجراء تحويلات الانتشار ، ويتم وصف آليتها أعلاه.
التروستيت هو البيرلايت الذي يتميز بدرجة عالية من التشتت. تتشكل عندما تنخفض الحرارة 100 درجة مئوية في الثانية. يتم توزيع عدد كبير من حبيبات الفريت والأسمنت الصغيرة على المستوى بأكمله. يتميز السمنتيت "المتصلب" بشكل رقائقي ، ويكون التروستيت الناتج عن التقسية اللاحقة له تصورًا محببًا. صلابة - 600-650 HB.
Bainite هي مرحلة وسيطة ، وهي خليط أكثر تشتتًا من بلورات الفريت عالية الكربون والسمنتيت. من حيث الخصائص الميكانيكية والتكنولوجية ، فهو أدنى من مارتينسيت ، ولكنه يتجاوز التروستيت. يتشكل في نطاقات درجات الحرارة عندما يكون الانتشار مستحيلاً ، ولا تكفي قوى الضغط وحركة الهيكل البلوري للتحول إلى مارتينسيتي.
السوربيتول عبارة عن مجموعة متنوعة من مراحل البرليت تشبه الإبرة الخشنة عند تبريدها بمعدل 10 درجات مئوية في الثانية. الخواص الميكانيكية وسيطة بين البرليت والتروستيت.
البيرلايت عبارة عن مزيج من حبيبات الفريت والأسمنت ، والتي يمكن أن تكون حبيبية أو رقائقية. تشكلت نتيجة الاضمحلال السلس للأوستينيت بمعدل تبريد 1 درجة مئوية في الثانية.
البيتيت و troostite أكثر ارتباطًا بهياكل التصلب ، بينما يمكن أيضًا تكوين السوربيت والبيرلايت أثناء التقسية والصلب والتطبيع ، والتي تحدد ميزاتها شكل الحبوب وحجمها.
تأثير التلدينميزات تسوس الأوستينيت
عمليًا ، تستند جميع أنواع التلدين والتطبيع على التحويل المتبادل للأوستينيت. يتم تطبيق التلدين الكامل وغير الكامل على الفولاذ تحت الجلد. يتم تسخين الأجزاء في الفرن فوق النقاط الحرجة Ac3و Ac1على التوالي. يتميز النوع الأول بوجود فترة ثبات طويلة تضمن تحولاً كاملاً: الفريت الأوستينيت والبرليت الأوستينيت. يتبع ذلك تبريد بطيء لقطع العمل في الفرن. عند الإخراج ، يتم الحصول على خليط مشتت بدقة من الفريت والبرليت ، بدون ضغوط داخلية ، من البلاستيك ودائم. التلدين غير المكتمل هو أقل استهلاكًا للطاقة ويغير فقط بنية البرليت ، تاركًا الفريت دون تغيير تقريبًا. يعني التطبيع ارتفاع معدل انخفاض درجة الحرارة ، ولكن أيضًا هيكل بلاستيكي أكثر خشونة وأقل عند الخروج. بالنسبة لسبائك الفولاذ ذات المحتوى الكربوني من 0.8 إلى 1.3٪ ، عند التبريد ، كجزء من التطبيع ، يحدث التحلل في الاتجاه: الأوستينيت - البرليت والأوستينيت - السمنتيت.
نوع آخر من المعالجة الحرارية على أساس التحولات الهيكلية هو التجانس. إنها قابلة للتطبيق على الأجزاء الكبيرة. إنه يعني الإنجاز المطلق لحالة الحبيبات الأوستنيتي الخشنة عند درجات حرارة 1000-1200 درجة مئوية والتعرض في الفرن لمدة تصل إلى 15 ساعة. تستمر العمليات المتساوية مع التبريد البطيء ، مما يساعد على تسوية الهياكل المعدنية.
التلدين متساوي الحرارة
كل من الطرق المدرجة للتأثير على المعدن لتبسيط الفهميعتبر بمثابة تحول متساوي الحرارة من الأوستينيت. ومع ذلك ، كل واحد منهم فقط في مرحلة معينة له سمات مميزة. في الواقع ، تحدث التغييرات مع انخفاض مطرد في الحرارة ، وسرعته تحدد النتيجة.
إحدى الطرق الأقرب إلى الظروف المثالية هي التلدين متساوي الحرارة. يتكون جوهرها أيضًا من التسخين والاحتفاظ حتى التحلل الكامل لجميع الهياكل إلى الأوستينيت. يتم تنفيذ التبريد على عدة مراحل ، مما يساهم في تحلل أبطأ وأطول وأكثر استقرارًا من الناحية الحرارية.
- الانخفاض السريع في درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية تحت نقطة التيار المتردد1.
- الاحتفاظ الإجباري بالقيمة المحققة (عن طريق وضعها في الفرن) لفترة طويلة حتى تكتمل عمليات تشكيل مراحل الفريت-بيرليت.
- تبريد في الهواء.
الطريقة قابلة للتطبيق أيضًا على سبائك الفولاذ ، والتي تتميز بوجود الأوستينيت المتبقي في الحالة المبردة.
الاحتفاظ بالفولاذ الأوستينيت والأوستنيتي
في بعض الأحيان يكون التحلل غير الكامل ممكنًا عندما يكون هناك الأوستينيت المحتفظ به. يمكن أن يحدث هذا في الحالات التالية:
- التبريد بسرعة كبيرة عندما لا يحدث تسوس كامل. وهو مكون هيكلي من bainite أو martensite.
- فولاذ عالي الكربون أو منخفض السبائك ، حيث تكون عمليات التحولات الأوستنيتي المشتتة معقدة. يتطلب طرق معالجة حرارية خاصة مثل التجانس أو التلدين متساوي الحرارة.
للسبائك العالية -لا توجد عمليات للتحولات الموصوفة. يساهم خلائط الفولاذ مع النيكل والمنغنيز والكروم في تكوين الأوستينيت باعتباره الهيكل القوي الرئيسي ، والذي لا يتطلب تأثيرات إضافية. يتميز الفولاذ الأوستنيتي بقوة عالية ومقاومة للتآكل ومقاومة للحرارة ومقاومة للحرارة ومقاومة لظروف العمل العدوانية الصعبة.
الأوستينيت عبارة عن هيكل بدون تشكيل لا يمكن تسخين الفولاذ بدرجة حرارة عالية ويشارك في جميع طرق معالجته الحرارية تقريبًا من أجل تحسين الخواص الميكانيكية والتكنولوجية.
